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关于今天的推文
下面总结了设计中应注意的一些问题，以及单片机硬件设计的原则。 我希望你能阅读它。
(1)在元件布局方面，相关元件应尽量靠近放置。 例如时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端等都容易产生噪声，因此应放置得较近。 对于那些容易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路开关电路等，应尽量远离单片机的逻辑控制电路和存储电路（ROM、RAM）。 如果可能的话，这些电路可以做成单独的电路。 板，有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。
(2)尽量在ROM、RAM等芯片等关键器件旁边安装去耦电容。 事实上，印刷电路板走线、引脚连接、布线等都可能含有较大的电感效应。 大电感可能会在 Vcc 走线上造成严重的开关噪声尖峰。
防止 Vcc 迹线上出现开关噪声尖峰的唯一方法是在 VCC 和电源地之间放置一个 0.1uF 电子去耦电容器。 如果电路板使用表面贴装元件，则可以直接在元件旁边使用贴片电容并固定在Vcc引脚上。
最好使用陶瓷电容器，因为它们具有低静电损耗 (ESL) 和高频阻抗。 此外，该电容器随温度和时间的介电稳定性也非常好。
尽量不要使用电容器，因为它在高频时阻抗很高。
放置去耦电容时需要注意以下几点：
在印刷电路板的电源输入端连接一个100uF左右的电解电容。 如果体积允许的话，电容越大越好。
原则上每个集成电路芯片旁边都需要放置一个0.01uF的陶瓷电容。 如果电路板上的间隙太小而无法容纳，可以每10个芯片左右放置一个1~10个钽电容。
对于抗干扰能力较弱、关断时电流变化较大的器件，以及RAM、ROM等存储器件，应在电源线（Vcc）与地线之间接去耦电容。
电容器的引线不宜太长，特别是高频旁路电容器不能有引线。
屏蔽地、逻辑地、模拟地等。地线布置是否正确将决定电路板的抗干扰能力。
设计地线和接地点时，应考虑以下问题： 逻辑地和模拟地应分开走线，不能混用。 应使用各自的地线，增加引出线的接地面积。
一般来说，最好通过光耦将输入输出模拟信号与单片机电路隔离。
在设计逻辑电路的印制电路板时，其地线应形成闭环，以提高电路的抗干扰能力。 地线应尽可能粗。 如果地线很细，地线电阻就会很大，导致地电位随着电流的变化而变化，导致信号电平不稳定，导致电路的抗干扰能力下降。
如果布线空间允许，保证主地线的宽度至少为2~3mm，元件引脚上的地线应为1.5mm左右。
注意接地点的选择。 当电路板上的信号频率低于1MHz时，布线和元件之间的电磁感应影响很小。
当接地电路形成的环流引起的干扰信号频率高于10MHz时，由于布线的明显电感效应，地线的阻抗变得很大。 这时，接地电路形成的环流就不再是大问题了。 因此，应采用多点接地，尽可能降低地线阻抗。
电源线布局除了根据电流的大小使布线宽度尽可能粗外，还应使电源线、地线的布线方向与数据线的布线方向一致。 接线工作结束后，请使用地线。 将电路板底层没有走线的地方覆盖起来，这些方法将有助于增强电路的抗干扰能力。
数据线的宽度应尽可能宽，以减少阻抗。 数据线的宽度至少应不小于0.3mm（12mi1）。 如果采用0.46~0.5mm（18mi1~20mi1），是比较理想的电路。
由于一个过孔会感应出10uF的电容效应，会对高频电路引入过多的干扰，所以布线时应尽量减少过孔的数量。 此外，过多的过孔也会降低电路板的机械强度。
单片机应用系统的硬件电路设计包括两部分：
首先是系统扩展，即当单片机的内部功能单元，如ROM、RAM、I/0、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须对它们进行扩展。片外扩展，必须选择合适的芯片和设计。 相应电路。
其次是系统配置，即根据系统功能需求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，并设计合适的接口电路。
系统扩展和配置应遵循以下原则：
1、尽量选择典型电路，符合单片机常规用法。 为硬件系统的标准化、模块化奠定良好的基础。
2、系统扩展及外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当的二次开发空间。
3、硬件结构应与应用软件方案一起考虑。 硬件结构和软件解决方案会相互影响。 需要考虑的原则是：软件能实现的功能尽量用软件来实现，以简化硬件结构。但必须注意的是，软件实现的硬件功能一般比硬件实现的响应时间要长并占用CPU时间。
4、系统中的相关器件应尽可能匹配其性能。如果采用CMOS芯片单片机组成低功耗系统，则系统中所有芯片应尽可能采用低功耗产品。
5、可靠性和抗干扰设计是硬件设计的重要组成部分，包括芯片和器件的选型、滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。
6、当单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。 当驱动能力不足时，系统运行不可靠。 可以通过增加线路驱动器来增强驱动能力或降低芯片功耗来减轻总线负载。
7、尽量往“单片化”方向设计硬件系统。 系统组件越多，组件之间的相互干扰就越大。 随着微控制器集成的功能越来越强大，真正的片上系统SoC已经可以实现，例如ST公司新推出的单芯片UPSD32××系列产品。 集成80C32内核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/0、两个串口、看门狗、上电复位电路等。
单片机系统硬件抗干扰常用方法实践：
影响单片机系统可靠、安全运行的主要因素主要来自系统内外的各种电气干扰，并受到系统结构设计、元件选择、安装和制造工艺的影响。 这些都构成单片机系统中的干扰因素，往往会导致单片机系统运行异常，轻则影响产品质量和产量，重则引发事故，造成重大经济损失。
产生干扰的三个基本要素：
(1)干扰源。 是指产生干扰的部件、设备或信号。 用数学语言描述为：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。 例如：雷电、继电器、晶闸管、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
(2)传播路径。 指干扰从干扰源传播到敏感设备的路径或介质。 典型的干扰传播路径是通过电线传导和空间辐射。
(3)敏感器件。 指容易受到干扰的物体。 如：A/D、D/A转换器、微控制器、数字IC、弱信号放大器等。干扰的分类：
1：干扰的分类干扰的分类有很多，通常可以根据噪声产生的原因、传导方式、波形特征等进行不同的分类。
按产生原因：可分为放电噪声、高频振荡噪声、浪涌噪声。 按传导方式：可分为共模噪声和串模噪声。 按波形分：可分为连续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等。
2：精密耦合干涉法。 干扰源产生的干扰信号通过一定的耦合通道影响测控系统。 因此，我有必要看看干扰源和被干扰对象之间的通信方式。准确的干扰方式无非就是电线、空间、公共线路等，细分为以下几类：
1）直接耦合：这是最直接的方式，也是系统中最常用的方式。 例如，干扰信号通过电源线侵入系统。
(2)普通阻抗耦合：这也是一种常见的耦合方式。 当两个电路的电流具有公共路径时，通常会出现这种形式。 为了防止这种精度，通常在电路设计中考虑。 干扰源与被干扰物体之间没有公共阻抗。
(3)电容耦合：也称电场耦合或静电耦合。 它是由于分布电容的存在而引起的耦合。
(4)电磁感应耦合：又称磁场耦合。 它是由分布电磁感应引起的耦合。
(5)漏耦合：这种耦合是纯电阻性的，当绝缘不好时就会发生。 常用的硬件抗干扰技术主要针对引起干扰的三个因素。 主要采用的抗干扰方法有以下几种。
1 抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能降低干扰源的du/dt和di/dt。 这是抗干扰设计中最优先、最重要的原则，往往具有事半功倍的效果。
降低干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现的。 降低干扰源的di/dt是通过在干扰源回路中串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现的。 常用的抑制干扰源的措施有：
(1)在继电器线圈中添加续流二极管，以消除线圈断开时产生的反电动势干扰。 仅添加续流二极管会导致继电器的关断时间滞后。 添加齐纳二极管可以使继电器在单位时间内动作更多次。
(2)在继电器触点两端并联一个火花抑制电路(一般为RC串联电路，电阻一般选用几K到几十K，电容为0.01uF)，以减少火花抑制的影响火花。 为电机添加滤波电路，并确保电容和电感引线尽可能短。
减少IC对电源的影响。注意高频电容的接线。 连线应靠近电源端子，并尽可能短、粗。 否则会增大电容器的等效串联电阻，影响滤波效果。
(5)布线时避免90度折线，以减少高频噪声发射。
（6）晶闸管两端并联一个RC抑制电路，以降低晶闸管产生的噪声（这2者切断了干扰传播路径。根据干扰传播路径可分为两类：传导干扰和辐射干扰。
所谓传导干扰是指通过电线传播到敏感设备的干扰。 高频干扰噪声和有用信号的频带是不同的。 可以通过在线路上添加滤波器来截断高频干扰噪声的传播。 有时，还可以增加隔离光学精度来解决问题。 电源噪声的危害性最大，因此应特别注意处理。
所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感设备的干扰。 一般的解决办法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线隔离，并对敏感器件加屏蔽。
常用的切断干扰传播路径的措施有：
充分考虑电源对单片机的影响。 如果电源好的话，整个电路的抗干扰就解决了一大半。 许多微控制器对电源噪声非常敏感。 对于单片机来说，可以用磁珠和电容组成π型滤波电路。 当然，条件不高时，可以用100Ω的电阻代替磁珠。
（2）如果单片机的I/0口用于控制电机等噪声设备，则I/0口与噪声源之间应加隔离（加五形滤波电路）。
(3)注意晶振接线。 晶振与单片机引脚尽量靠近，时钟区域用地线隔离。 晶振外壳应接地并固定。
4）电路板的合理划分，如强弱信号、数字信号和模拟信号等。
它可以使干扰源（例如电机和继电器）远离敏感组件（例如微控制器）。
(5) 使用地线将数字区域与模拟区域隔离。 数字地和模拟地应分开，最后一点连接到电源地。 A/D和D/A芯片接线也遵循这个原则。
(6)单片机和大功率器件的地线应单独接地，以减少相互干扰。 大功率器件应尽可能放置在电路板的边缘。
7）在单片机I/0口、电源线、电路板连接线等关键地方采用磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩等抗干扰元件，可以显着提高单片机的抗干扰性能。电路。
3、提高敏感器件的抗干扰性能。 提高敏感器件的抗干扰性能，是指考虑尽量减少从敏感器件侧面拾取干扰噪声，避免出现异常情况。
(1)布线时尽量减少环路回路的面积，以减少感应噪声。 接线时，电源线和地线应尽可能粗。 除了降低压降外，更重要的是降低精度噪声。
(3) 对于单片机空闲的I/0口，不要悬空，应接地或接电源。 其他IC的空闲端连接到地或电源，而不改变系统逻辑。
(4)采用单片机的电源监控和看门狗电路，如IMP813、X5043、X5045等，可以大大提高整个电路的抗干扰性能。
(5)在速度能满足要求的前提下，尽量减少单片机的晶振，选择低速数字电路。
(6) IC器件应尽可能直接焊接到电路板上，并尽量少用IC座。
4、其他常用的抗干扰措施采用交流端电感、电容滤波：去除高频和低频干扰脉冲。
变压器双重隔离措施：变压器初级输入端串接电容器，初级线圈与次级线圈之间的屏蔽层以及初级线圈之间电容器的中心触点接地，次级外屏蔽层连接到印刷板地。 这是硬件抗干扰的关键手段。
次级侧加低通滤波器：吸收变压器产生的浪涌电压。
采用一体化直流稳压电源：因为具有过流、过压、过热等保护。 I/0口采用光电、磁电、继电器隔离，去掉了公共地。 通讯线使用双绞线：消除并联互感。 光纤隔离对于防雷是最有效的。
使用隔离放大器进行A/D转换或使用现场转换以减少误差。 外壳接地：解决人身安全，防止外界电磁场干扰。 添加复位电压检测电路。 如果复位不足，防止CPU工作，特别是对于带有EEPROM的设备。 复位不足会改变 EEPROM 的内容。
印制板工艺抗干扰：
①电源线应加粗，走线、接地良好，三母线分开，以减少互感振荡。
② CPU、RAM、ROM等主芯片的VCC与GND之间连接电解电容和瓷片电容，以去除高低频干扰信号。
③独立的系统结构，减少接插件和连线，提高可靠性，降低故障率。
④ 汇流排与承口必须接触可靠。 使用双簧片插座。 最好将分流板直接焊接到印制板上，以防止器件接触不良失效。
⑤ 如有可能，尽量使用四层以上的印制板，中间两层为电源和地。
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